DE19807239C2

DE19807239C2 - Injector

Info

Publication number: DE19807239C2
Application number: DE1998107239
Authority: DE
Inventors: Stephan Herrmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-02-20
Filing date: 1998-02-20
Publication date: 2001-06-07
Anticipated expiration: 2018-02-21
Also published as: DE19807239A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil für flüssige Brennstoffe, insbesondere für Heizöl, mit einem Ventilgehäuse, einem im Ventilgehäuse angeordneten Ventilkörper, einem im Ventilkörper axial geführten Ventilstößel, der zwischen einer Schließ- und einer Offenstellung im Ventilkörper bewegbar ist und in der Schließstellung dichtend am Ventilkörper anliegt, sowie einem Heizelement zum Erhitzen des flüssigen Brennstoffs, wobei das Heizelement als Glühstab ausgebildet ist, dass der Ventilstößel eine Ausnehmung aufweist und dass der Glühstab zumindest teilweise in der Ausnehmung angeordnet ist und einen Ringspalt zwischen Glühstab und Ventilstößel bildet, der vom Brennstoff durchströmt wird.The invention relates to an injection valve for liquid fuels, in particular for heating oil, with a valve housing, a valve body arranged in the valve housing, a valve tappet axially guided in the valve body, which can be moved between a closed and an open position in the valve body and in the closed position lies sealingly on the valve body , and a heating element for heating the liquid fuel, wherein the heating element is designed as a glow rod, that the valve tappet has a recess and that the glow rod is at least partially arranged in the recess and forms an annular gap between the glow rod and valve tappet through which the fuel flows.

Description

Die Erfindung betrifft ein Einspritzventil für flüssige Brennstoffe gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to an injection valve for liquid Fuels according to the preamble of claim 1.

Es ist bekannt, flüssige Brennstoffe zur Heiz- und Trinkwassererwärmung in einem Zerstäubungsbrenner zu verbrennen. Bei den verwendeten Zerstäuberdüsen handelt es sich überwiegend um nicht verschließbare Dralldüsen. Andere Düsenkonstruktionen verwenden einen Schließmechanismus, der im Düsengehäuse integriert ist. In geöffneter Stellung genügt der Druckabfall, der beim Umströmen des als Kugel oder Kolben ausgebildeten Schließkörpers entsteht, um den Schließmechanismus entgegen der Kraft einer Feder in geöffneter Stellung zu halten.It is known to use liquid fuels for heating and Drinking water heating in an atomizing burner too burn. The atomizer nozzles used are mainly around non-closable swirl nozzles. Other Nozzle designs use a locking mechanism that is integrated in the nozzle housing. In the open position the pressure drop that flows when flowing around the ball is sufficient or piston formed closing body to the Locking mechanism against the force of a spring to keep open position.

Das aus der Düse austretende Brennstoffspray trifft erst unmittelbar vor der Flamme auf die koaxial zur Brennerdüse angeordneten Luftauslässe. Zur Stabilisierung der Flamme werden überwiegend Staukörper eingesetzt. Im Strömungschatten der meist scheibenförmigen Staukörper bildet sich eine Rückströmzone, in der heiße Rauchgase zur Flammenwurzel geführt werden und das noch unverbrannte Gemisch erwärmen. Die niedrige Strömungsgeschwindigkeit im Randbereich des Rückströmwirbels bewirkt zusammen mit hoher Temperatur und der brennstoffreichen Gemischzusammensetzung die Bildung einer Flamme. Die kontinuierliche Zündung des Gemisches und damit die Stabilisierung der Flamme ist, neben einer intensiven Mischung der Reaktionspartner, die Grundfunktion derartiger Staukörper. Die Wirkung der Rauchgasrezirkulation auf die Stickoxid- und Rußbildung ist wegen des kleinen Stoffumsatzes innerhalb des Rückströmwirbels gering. Eine Weiterentwicklung dieser, als Gelbbrenner bezeichneten Brennersysteme, stellen Blaubrenner dar. Gegenüber Gelbbrennern beruht die Reduzierung der Stickoxid- und Rußemissionen auf einer Intensivierung der Rauchgasrezirkulation.The fuel spray emerging from the nozzle only hits immediately before the flame on the coaxial to the burner nozzle arranged air outlets. To stabilize the flame are mainly used bluff bodies. in the Flow shadows of the mostly disc-shaped bluff bodies a backflow zone forms, in which hot flue gases Flame root are led and the unburned Warm the mixture. The low flow rate in the Edge area of the reverse flow vortex together with high Temperature and the fuel-rich mixture composition the formation of a flame. The continuous ignition of the Mixture and thus the stabilization of the flame, in addition to an intensive mixture of the reactants, the Basic function of such bluff bodies. The effect of Flue gas recirculation is based on nitrogen oxide and soot formation because of the small material turnover within the Backflow vortex low. A further development of this as Yellow burner designated burner systems Blue burner. Compared to yellow burners Reduction of nitrogen oxide and soot emissions on one Intensification of the flue gas recirculation.

Den bisherigen Brennern und Einspritzsystemen liegen folgende Probleme zugrunde: The previous burners and injection systems are the following problems:

Der in Brennerdüsen integrierte Mechanismus zur Unterbrechung des Einspritzvorganges ist nicht unmittelbar an der Düsenbohrung wirksam, sondern unterbricht den Brennstoffstrom bereits vor dem Eintritt in die Zerstäuberbaugruppe. Nach dem Düsenabschluß herrscht daher innerhalb der Düsenbohrung und im vorgelagerten Drallerzeuger atmosphärischer Druck. Über die Düsenbohrung eintretende Luft begünstigt zusammen mit der hohen Temperatur innerhalb der Zerstäubergeometrie die Bildung von Rückstandskoks aus dem dort verbleibenden Brennstoff. Diese Vorgänge, die zur Verstopfung der Düse führen, verhindern bislang eine weitere Steigerung der Brennstofftemperatur.The mechanism integrated in the burner nozzles Interruption of the injection process is not immediate effective at the nozzle bore, but interrupts the Fuel flow before entering the Atomizer assembly. Therefore, after the nozzle is closed inside the nozzle bore and in the upstream Swirl generator atmospheric pressure. Via the nozzle bore entering air favors together with the high Temperature within the atomizer geometry the formation of residual coke from the fuel remaining there. These processes that lead to nozzle clogging so far prevent a further increase in Fuel temperature.

Die Schadstoffreduzierung eines Blaubrennersystems basiert auf der Rezirkulation heißer Rauchgase und die damit verbundene Entkopplung der Teilvorgänge Brennstoffverdampfung, Mischung und Verbrennung. Um sicherzustellen, daß sich das Brennstoffspray während der Verdampfung und Mischung mit der Verbrennungsluft nicht entzündet, liegt die Strömungsgeschwindigkeit des Gemisches während dieser Vorgänge über der Zündgeschwindigkeit. Der hierzu notwendige Austrittsimpuls der Verbrennungsluft führt zu hohen Strömungsgeräuschen und erfordert hohe Gebläsedrücke.The pollutant reduction of a blue burner system is based on the recirculation of hot flue gases and so on connected decoupling of the sub-processes Fuel evaporation, mixing and combustion. Around to ensure that the fuel spray during the Evaporation and mixing with the combustion air is not ignited, the flow velocity of the mixture during these processes above the ignition speed. The necessary exit impulse of the combustion air leads to high flow noise and requires high Blower pressures.

Das Bestreben, den Energieaufwand und die Schadstoffemissionen bei der Beheizung von Gebäuden zu senken, hat im Bereich der Feuerungstechnik zu einer stetigen Verschärfung der geforderten Wirkungsgrade und der Emissionsgrenzwerte geführt. Bauphysikalische Maßnahmen zielten, forciert durch die letzte Novellierung der Wärmeschutzverordnung, vor allem auf eine Verbesserung des Gebäudedämmstandards und eine stärkere Nutzung solarer Wärmegewinne ab. Zwar wurde die Effizienz dieser Maßnahmen in isolierten Betrachtungen der Teilsysteme nachgewiesen, allerdings liegen die im Zusammenspiel von Heizanlage, Gebäude und Nutzer tatsächlich erreichten Einsparungen vielfach hinter den daraus abgeleiteten Erwartungen zurück. Diese Diskrepanz hat ihre Ursache im dynamischen Verhalten der Heizlast und den Reaktionseigenschaften der Heizanlage auf diese Lastschwankungen. Zahlreiche Untersuchungen beziffern übereinstimmend das Einsparpotential für das Teilsystem Wärmeverteilung und -breitstellung, das auch das Feuerungssystem einschließt, auf unter 10%. Diese Überlegungen gehen allerdings von einer korrekten Dimensionierung des Heizkessels aus. Für das System Ölheizung ist diese Voraussetzung für eine Kesselleistung unter 15 kW wegen des Fehlens entsprechender Geräte nicht erfüllt. Die zwangsläufige Überdimensionierung der Feuerungsanlage führt, verstärkt durch das instationäre Verhalten der Heizlast, zu kurzen Brennerlaufzeiten und häufigen Einschaltvorgängen des Brenners. Dieser intermittierende Betrieb ist nicht nur aus energetischen Gründen, sondern auch wegen der gegenüber dem stationären Betrieb vermehrt freigesetzten Schadstoffe, ungünstig. The effort, the energy expenditure and the Pollutant emissions when heating buildings lowering has become one in the field of combustion technology steady tightening of the required efficiency and Emission limit values. Building physics measures , forced by the last amendment of the Heat protection regulation, especially to improve the Building insulation standards and greater use of solar Heat gains. Although the effectiveness of these measures demonstrated in isolated considerations of the subsystems, however, they lie in the interaction of the heating system, Buildings and users actually achieved savings often fall short of the expectations derived from it. This discrepancy is due to the dynamic behavior the heating load and the reaction properties of the heating system to these load fluctuations. Numerous investigations consistently quantify the savings potential for the Subsystem heat distribution and provision, that too Firing system, to below 10%. This However, considerations are based on a correct one Dimensioning of the boiler. For the system Oil heating is a prerequisite for boiler performance not below 15 kW due to the lack of appropriate devices Fulfills. The inevitable oversizing of the Firing system leads, reinforced by the transient Behavior of the heating load, short burner runtimes and frequent start-ups of the burner. This intermittent operation is not just energetic Reasons, but also because of the versus the stationary Operation increased released pollutants, unfavorable.

Abhilfe schaffen Pufferspeicher, die den Lastverlauf des Heiz- und Trinkwassernetzes von der Feuerungsleistung entkoppeln. Derartige Systeme sind im Bereich der Trinkwasserwärmung weit verbreitet. Ein entsprechender Einsatz innerhalb des Heizkreises findet wegen der zusätzlichen Kosten und des Platzbedarfs bislang kaum Anwendung. Einen anderen Ansatz liefert die kontinuierliche Anpassung der Feuerungsleistung an den momentanen Energiebedarf zur Heiz- und Trinkwassererwärmung. Voraussetzung für die Konzeption eines modulierenden Brenners ist, neben einer stufenlos einstellbaren Brennstoffdosierung, eine auf die Art der Brennstoffaufbereitung abgestimmte Verbrennungstechnik, die eine Stabilisierung der Flamme über einen ausgedehnten Leistungsbereich ermöglicht. Entsprechende Geräte, die bislang lediglich für gasförmige Brennstoffe verfügbar sind, zeigen, daß vormischende Flächenbrenner diese Anforderungen am besten erfüllen. Gegenüber verdrallten Diffusionsflammen bewirkt der Wärmeaustausch zwischen den Verbrennungsgasen, dem Reaktionskörper und dem Feuerraum zusammen mit einer intensiven Mischung der Reaktionspartner vor der Flamme eine weitere Senkung der Schadstoffemissionen. Durch die geringe Turbulenz innerhalb der Flammenfront werden Verbrennungsgeräusche nahezu vollständig vermieden. Die kompakte Bauweise, die auf eine flache und in ihrer räumlichen Ausdehnung exakt vordefinierte Flamme hoher Leistungsdichte zurückzuführen ist, ermöglicht in Verbindung mit den niedrigen Verbrennungsgeräuschen eine Aufstellung derartiger Heizgeräte im Wohnbereich.This is remedied by buffer stores that monitor the load profile of the Heating and drinking water network based on the combustion output decouple. Such systems are in the field of Drinking water heating widely used. A corresponding one Use within the heating circuit because of the so far hardly any additional costs and space requirements Application. The continuous approach provides another approach Adaptation of the firing capacity to the current one Energy requirements for heating and drinking water. Prerequisite for the conception of a modulating Brenners is, in addition to a continuously adjustable Fuel metering, one on the type of Combined combustion technology, the a stabilization of the flame over an extended Performance range enabled. Corresponding devices that so far only available for gaseous fuels show that premixing surface burners are these Best meet requirements. Swirled opposite Diffusion flames cause heat exchange between the Combustion gases, the reaction body and the combustion chamber together with an intensive mixture of the reactants in front of the flame a further cut in Pollutant emissions. Due to the low turbulence inside the flame front almost becomes combustion noises completely avoided. The compact design, based on a flat and precise in its spatial extent predefined flame due to high power density is possible in conjunction with the low Burning noises a list of such Heaters in the living area.

Innerhalb des von den Mischkammerwänden umschlossenen Vormischbereiches eines Flächenbrenners sind allerdings nur solche Gemische einsetzbar, deren Brennstoffphase eine ausreichende Beständigkeit besitzt. Während bei gasförmigen Brennstoffen die molekulardisperse Verteilung der Reaktionspartner eine Entmischung verhindert, erfordert die sedimentationsfreie Verteilung eines flüssigen Brennstoffes innerhalb der Verbrennungsluft einen höheren technischen Aufwand.Within the one enclosed by the mixing chamber walls Premixing area of a surface burner, however, are only such mixtures can be used, the fuel phase of which has sufficient durability. While gaseous Fuels the molecularly disperse distribution of Preventing reactants from segregating requires that sedimentation-free distribution of a liquid fuel a higher technical level within the combustion air Expenditure.

Nach dem Vorbild vormischender Gasbrenner wird bislang die homogene Mischung von Brennstoff und Verbrennungsluft als Voraussetzung für die Realisierung eines vormischenden Flächenbrenners für Heizöl EL angesehen. Hierzu ist die vollständige Verdampfung des flüssigen Brennstoffes innerhalb der Vormischzone erforderlich. Entsprechende Konzepte, die den Brennstoff nach dem Schichtungsprinzip an einer heißen Oberfläche verdampfen, mit der vorgewärmten Verbrennungsluft mischen und anschließend das gasförmige Gemisch über einen Reaktionskörper verbrennen, haben keine Marktreife erlangt. Vor allem die Bildung von Ablagerung an der heißen Verdampferoberfläche und die hohe Temperatur des Gemisches, die eine vorzeitige Zündung innerhalb des Vormischbereiches begünstigt, haben bislang einen zuverlässigen Betrieb derartiger Brenner verhindert. Following the example of premixing gas burners, the homogeneous mixture of fuel and combustion air as Prerequisite for the realization of a premix Surface burner for heating oil EL viewed. For this is the complete evaporation of the liquid fuel required within the premix zone. Appropriate Concepts that apply the fuel according to the stratification principle evaporate a hot surface with the preheated one Mix the combustion air and then the gaseous Burn mixture over a reaction body, have none Market ready. Above all, the formation of deposits the hot evaporator surface and the high temperature of the Mixture that has a premature ignition within the Favored premix area, have so far reliable operation of such burners prevented.

Aus der CH 569 925 A5 ist ein Einspritzventil bekannt, bei dem der Ventilstößel mit Ausnehmungen versehen ist. Aus der DE 32 17 920 A1 ist das Heizelement als Heizstab ausgebildet, der in eine sacklochartige Ausnehmung des Ventilstößels ragt. Die EP 0 731 315 A1 offenbart einen Ventilstößel, der einen Rings palt bildet, durch den flüssiger Brennstoff fließt.From CH 569 925 A5 an injection valve is known in which the valve lifter is provided with recesses. From DE 32 17 920 A1 the heating element is designed as a heating rod, which in a blind hole-like recess of the valve lifter protrudes. The EP 0 731 315 A1 discloses a valve lifter that has a ring gap forms through which liquid fuel flows.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Einspritzventil bereitzustellen, mit dem bei Brennerstillstand eine Verkokung der Einspritzdüse verhindert wird.The invention has for its object an injection valve to provide with the coking at burner standstill the injector is prevented.

Die obengenannten Aufgabe wird durch ein Einspritzventil ge löst, das die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist.The above object is achieved by an injection valve solves having the features of claim 1.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß beim erfindungsgemäßen Einspritzventil auf eine vollständige Verdampfung des Brennstoffes innerhalb des Vor mischbereiches verzichtet wird. Stattdessen wird ein überhitz ter Brennstoffstrahl über ein verschließbare Düse in den Vor mischbereich des Brenners eingespritzt. Durch die Druckabsen kung am Ventilaustritt bilden sich innerhalb des von Verbren nungsluft umschlossenen Einspritzstrahls Dampfblasen, die durch ihr schnelles Wachstum die Flüssigkeit aufreißen. Zusätzlich bewirken die kinetischen Kräfte der inneren Turbulenz eine Auflösung des Flüssigkeitsfilmes. Gegenüber herkömmlichen Zer stäubungsverfahren bilden sich durch das Zusammenwirken von thermodynamischer und kinetischer Strahlzerteilung erheblich kleinere Tropfen, die zwar durch eine Phasengrenze gegen die Gasphase abgegrenzt sind, anderseits jedoch so klein sind, daß sie in ihrem Verhalten weitgehend gelösten Molekülen entspre chen. Die Tendenz zur spontanen Tropfenvergrößerung ist durch aggregationshemmende Mechanismen so weit herabgesetzt, daß der kolloidale Brennstoffnebel eine gewisse Stabilität besitzt. Selbst dichte Tropfenverteilungen schlagen sich daher nicht als Film an den Mischkammerwänden nieder. Die niedrige Gemischtemperatur verhindert zusammen mit der flammenlöschenden Wirkung der Spaltgeometrie des Reaktionskörpers eine Zündung des Gemisches innerhalb des Vormischbereiches. Entsprechend diesen Merkmalen nimmt das durch Entspannungsverdampfung gebildete Gemisch eine Stellung zwischen der molekulardispersen Brennstoffverteilung eines Gasbrenners und der grobdispersen Brennstoffverteilung herkömmlicher Zerstäubungsbrenner ein.The advantages achieved with the invention are in particular in that in the injection valve according to the invention on a complete evaporation of the fuel within the pre mixing area is dispensed with. Instead, it overheats fuel jet through a closable nozzle in the fore mixing area of the burner injected. Through the pressure drop Congestion at the valve outlet form within the combustion injection air enclosed by steam bubbles their rapid growth tear up the liquid. In addition the kinetic forces of internal turbulence cause one Dissolution of the liquid film. Compared to conventional cer Dusting processes are formed through the interaction of thermodynamic and kinetic beam splitting considerably smaller drops, which are separated by a phase boundary against the Gas phase are delimited, but on the other hand are so small that their behavior corresponds to that of largely dissolved molecules chen. The tendency for spontaneous drop enlargement is through Mechanisms of aggregation reduced so far that the colloidal Fuel mist has a certain stability. Self dense droplet distributions therefore do not work as Film down on the mixing chamber walls. The low one Mixture temperature together with the flame-extinguishing effect of the gap geometry of the Reaction body ignites the mixture within the Premixing area. According to these characteristics, that takes mixture formed by flash evaporation Position between the molecular disperse Fuel distribution of a gas burner and the coarsely dispersed fuel distribution more conventional Atomizing burner.

Um die Ablagerung von Koksrückständen bei der Erwärmung des Heizöls zu vermeiden darf der Öldruck in den Bereichen des Hydrauliksystems, in denen die Brennstofftemperatur über der Siedetemperatur einzelner Molekülgruppen liegt, nicht unter einen vorgegebenen Grenzwert absinken. Nicht nur in der stationären Betriebsphase, sondern auch in der vorgeschalteten Aufheizphase und der nachgeschalteten Abkühlphase ist die Einhaltung dieser Randbedingung für den Öldruck wichtig.In order to deposit coke residues when heating the To avoid heating oil, the oil pressure in the areas of the Hydraulic system in which the fuel temperature is above the boiling point of individual groups of molecules is not fall below a predetermined limit. Not just in the stationary operating phase, but also in the upstream heating phase and the downstream The cooling phase is compliance with this boundary condition for the Oil pressure important.

Die Brennstoffaufbereitung ist hierzu entweder als Zweistrang- oder als Einstrangsystem ausgeführt. Beide Systeme ermöglichen die Brennstoffeinspritzung zu unterbrechen, ohne den Öldruck im Einspritzventil sowie im vorgelagerten Ölerhitzer auf atmosphärischen Druck abzusenken. The fuel preparation is either as Designed as a two-line or single-line system. Both Systems enable fuel injection too interrupt without the oil pressure in the injection valve and in the upstream oil heater to atmospheric pressure lower.

Die Möglichkeit zur Erwärmung des Brennstoffes bis über seine Siedetemperatur verstärkt den für Dralldüsen charakteristischen Effekt der Durchsatzreduzierung mit zunehmender Brennsstofftemperatur. Eine weitere Durchsatzreduzierung ergibt sich durch die Möglichkeit der pulsierenden Einspritzung.The possibility of heating the fuel up to its boiling temperature increases that for swirl nozzles characteristic effect of reducing throughput with increasing fuel temperature. Another Throughput reduction results from the possibility of pulsating injection.

Allgemein ist die von einem technischen Spray ausgehende Flamme nicht einzelnen Tropfen zuzuordnen sondern umschließt das gesamte Sprayvolumen. Für hinreichend große Tropfenabstände allerdings setzt sich die geschlossen wirkende Flammenfront aus individuell brennenden Tropfen zusammen. Eine Verringerung der Verdampfungsenthalpie des Brennstoffes, eine Steigerung des Wärmeaustausches zwischen den beiden Phasen, sowie eine Verkleinerung der Tropfendurchmesser und des Tropfenabstandes verstärkt die Tendenz zur Bildung von Tropfengruppen, die in einer der Flamme vorgelagerten Zone verdampfen. Aus der entstanden Brennstoffdampf/Luftschicht entwickelt sich anschließend die Flamme. Im Vergleich zur Einzeltropfenverbrennung verkleinert sich dadurch zum einen die Kontaktfläche zwischen der brennstoffreichen Gasphase und der Flammenfront, zum anderen die Flammenoberfläche, die mit der sauerstoffreichen Umgebung im Austausch steht. Durch den größeren Abstand der Tropfen von der Reaktionszone nimmt der übertragene Wärmestrom ab und die Verdampfungsrate sinkt. Gleichzeitig verringert sich die Sauerstoffzufuhr aus der Umgebung in die Reaktionszone infolge der abnehmenden Flammenoberfläche. Dadurch nimmt der Zeitbedarf für die molekulare Mischung des aus der Tropfengruppe heraustretenden brennstoffreichen Gemisches mit dem in die Reaktionszone von außen eintretenden Sauerstoffes zu. Bei der Verbrennung einzelner Tropfen bewirkt im allgemeinen der geringe Zeitbedarf für die Mischung, daß die Tropfenverdampfungszeit die Verbrennungsrate des Sprays bestimmt. Im Fall der Gruppenverbrennung liegt trotz der herabgesetzten Tropfenverdampfungsrate der Zeitbedarf für die Mischung über dem der Tropfenverdampfung, so daß Mischungsverlauf des Brennstoffdampfes mit der Verbrennungsluft den Reaktionsablauf bestimmt. Durch den abnehmenden Wärme- und Stoffaustausch innerhalb des Sprays ist die Verbrennungsrate im Modus der Gruppenverbrennung niedriger als im Modus der Einzeltropfenverbrennung.The general principle is that of a technical spray Flame not to assign individual drops but encloses the entire spray volume. For sufficiently large ones However, the droplet spacing is closed acting flame front made of individually burning drops together. A decrease in the enthalpy of vaporization Fuel, an increase in heat exchange between the two phases, as well as a downsizing of the The drop diameter and the drop distance reinforce the Tendency to form drop groups in one of the Vaporize the upstream zone. From which emerged Fuel vapor / air layer then develops the flame. Compared to single drop combustion on the one hand, this reduces the contact area between the fuel-rich gas phase and the Flame front, on the other hand the flame surface, with exchanges with the oxygen-rich environment. By the greater distance of the drops from the reaction zone the transferred heat flow decreases and the Evaporation rate drops. At the same time, the Oxygen supply from the environment to the reaction zone due to the decreasing flame surface. This takes the time required for the molecular mixture of the Droplet of emerging fuel-rich mixture with that entering the reaction zone from the outside Oxygen too. When burning individual drops generally causes the short time required for the Mixture that the drop evaporation time Burn rate of the spray determined. In the case of Group burning is despite the degraded Drop evaporation rate the time required for the mixture above that of the droplet evaporation, so that the course of the mixture of the fuel vapor with the combustion air Reaction process determined. Due to the decreasing heat and Mass transfer within the spray is the Burn rate lower in group burn mode than in single drop combustion mode.

Nach diesen Überlegungen ist bei direkter Einspritzung des überhitzten Brennstoffes in den Feuerraum, aufgrund der extrem kleinen Tropfendurchmesser (< 1 µm) und dem geringen Tropfenabstand von einer Gruppenverbrennung des Sprays auszugehen. Durch den Einsatz der Vormischbrennertechnik jedoch mischt sich der kolloiddispers verteilte Brennstoff vollständig mit der Verbrennungsluft. Dadurch vergrößert sich der Abstand zwischen den Tropfen. Am Eintritt des Gemisches in die Reaktionszone ist die Tropfendichte infolge der Mischvorgänge soweit herabgesetzt, daß die Sauerstoffkonzentration in der Tropfenumgebung unabhängig vom Ort ist. Nach dieser Vorstellung brennt der Tropfennebel im Modus der Einzeltropfenverbrennung ab. According to these considerations, the direct injection of the overheated fuel in the firebox, due to the extremely small drop diameter (<1 µm) and the small one Drop distance from a group combustion of the spray going out. By using the premix burner technology however, the colloidally dispersed fuel mixes completely with the combustion air. This enlarges the distance between the drops. At the entry of the Mixture in the reaction zone is the drop density due to the mixing operations reduced so far that the Oxygen concentration in the drop environment independent from place. After this idea, the burns Drop mist in single drop combustion mode.

Allerdings verhindert der entgegen der Strömungsrichtung gerichtete Wärmetransport aus der Reaktionszone, daß die kolloiddispers verteilten Brennstofftropfen diesen Verbrennungszustand erreichen. Die Tropfenverdampfung setzt unmittelbar am Eintritt in die Reaktionszone ein und ist infolge der sehr kleinen Tropfendurchmesser bereits nach kurzer Zeit abgeschlossen. Der Zeitbedarf für die Tropfenverdampfung beeinflußt die Verbrennungsrate kaum. Im Unterschied zu herkömmlichen Sprays, bei denen die Verbrennungsrate im Modus der Einzeltropfenverbrennung von der Verdampfungsrate abhängt und im Modus der Gruppenverbrennung durch die Mischvorgänge zwischen den Reaktionspartnern bestimmt wird, sind bei der Verbrennung einer vollständig mit der Verbrennungsluft vorgemischten, kolloiddispersen Brennstoffverteilung die Teilvorgänge Zündung und Reaktion geschwindigkeitsbestimmend. Aus diesem Zusammenhang heraus ist es zulässig, ein solches Gemisch, das neben gasförmigen Brennstoffbestandteilen auch kolloiddispers verteilte flüssige Bestandteile enthält, als quasi homogen zu bezeichnen.However, this prevents against the direction of flow directed heat transfer from the reaction zone that the colloidally dispersed fuel drops Reach combustion condition. The drop evaporation sets immediately at the entrance to the reaction zone and is due to the very small drop diameter completed in a short time. The time required for that Drop evaporation hardly affects the burn rate. in the Difference to conventional sprays, where the Burn rate in single drop combustion mode depends on the evaporation rate and in the mode of Group combustion through the mixing processes between the Reaction partners are determined when burning one completely pre-mixed with the combustion air, colloidal fuel distribution the sub-processes Ignition and reaction determine the speed. For this In context, it is permissible to use such a mixture, that in addition to gaseous fuel components contains colloidally dispersed liquid constituents, as to describe quasi homogeneously.

Die kurze Verdampfungszeit, die vergleichsweise niedrige Umgebungstemperatur und der Luftüberschuß vermeiden die Entstehung von Ruß aus der Flüssigphase. Die gleichmäßige Verteilung der verdampften Brennstoffmoleküle innerhalb der Verbrennungsluft senkt zusätzlich die Rußbildung aus der Gasphase, die durch lokalen Sauerstoffmangel verursacht wird. The short evaporation time, the comparatively low Ambient temperature and excess air avoid that Formation of soot from the liquid phase. The even Distribution of the vaporized fuel molecules within the Combustion air also reduces soot formation from the Gas phase caused by local lack of oxygen becomes.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung mehrere besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele und Varianten im einzelnen beschrieben sind. Dabei zeigen:Further advantages, features and details arise from the subclaims and from the following Description in the with reference to the drawing several particularly preferred embodiments and Variants are described in detail. Show:

Fig. 1: ein Schaltbild eines Hydrauliksystems für ein Einspritzventil mit internem Antrieb in Einstranginstallation; FIG. 1 shows a circuit diagram of a hydraulic system for an injection valve with an internal drive in one pipe installation;

Fig. 2: einen Ausschnitt durch ein Einspritzventil gemäß Fig. 3; und FIG. 2: a section through an injection valve according to FIG. 3; and

Fig. 3: ein Schnitt durch das Einspritzventil gemäß Fig. 2. FIG. 3 shows a section through the injector of FIG. 2.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Hydrauliksystems für eine Einstranginstallation. Entsprechend dieser Vorgabe ist ein Einspritzventil 8 über eine Ölleitung 1 mit dem Hydrauliksystem verbunden. Beim Start des Brenners schaltet eine nicht dargestellte Steuerung eine Pumpe 2 sowie ein elektrisches Heizelement 3 eines Ölerhitzers 4 ein. Gleichzeitig öffnet ein Magnetventil 5, das stromlos geschlossen ist. Die Pumpe 2 fördert den Brennstoff über einen ersten Filter 6 aus einem Tank 7 zum Einspritzventil 8. Der überschüssige Brennstoff fließt über ein stromlos geöffnetes Magnetventil 9 und ein erstes Druckbegrenzungsventil 10 zurück in den Tank 7. An diesem Druckbegrenzungsvenil 10 ist ein niedriger Druck p₁ eingestellt. An einem zweiten Druckbegrenzungsvenil 11 ist ein Druck p₂ eingestellt, der höher ist, als der Druck p₁. In dieser Schaltstellung der Magnetventile, die der Aufheizung des Brennstoffes dient, bleibt das Druckbegrenzungsventil 11 geschlossen und der Druck im Ölerhitzer 4 ist am Druckbegrenzungsventil 10 einstellbar. Die an einem Ventilstössel 12 wirkende hydraulische Kraft ergibt sich aus der Querschnittsfläche des Stössels 12 und der Differenz zwischen dem atmosphärischen Druck in der Gemischaufbereitung und dem Öldruck. Bei aktiviertem Druckbegrenzungsventil 10 reicht der eingestellte Öldruck p₁ nicht aus, um den Ventilstössel 12 entgegen der Kraft einer Feder 13 aus dem Ventilsitz zu heben. Die Drücke p₁ und p₂ sind bevorzugt einstellbar. Fig. 1 shows an embodiment of a hydraulic system for a single-line installation. In accordance with this specification, an injection valve 8 is connected to the hydraulic system via an oil line 1 . When the burner starts, a control (not shown) switches on a pump 2 and an electric heating element 3 of an oil heater 4 . At the same time, a solenoid valve 5 opens, which is closed when de-energized. The pump 2 conveys the fuel via a first filter 6 from a tank 7 to the injection valve 8 . The excess fuel flows back into the tank 7 via a normally open solenoid valve 9 and a first pressure relief valve 10 . A low pressure p _{1 is} set at this pressure limiting valve 10 . A pressure p ₂ , which is higher than the pressure p _1, is set at a second pressure limiting valve 11 . In this switching position of the solenoid valves, which is used to heat the fuel, the pressure relief valve 11 remains closed and the pressure in the oil heater 4 can be adjusted at the pressure relief valve 10 . The hydraulic force acting on a valve tappet 12 results from the cross-sectional area of the tappet 12 and the difference between the atmospheric pressure in the mixture preparation and the oil pressure. When the pressure relief valve 10 is activated, the set oil pressure p _{1 is} not sufficient to lift the valve tappet 12 out of the valve seat against the force of a spring 13 . The pressures p ₁ and p ₂ are preferably adjustable.

Sobald der Ölerhitzer 3 sowie das darin eingeschraubte Einspritzventil 8 eine vorgegebene Temperatur erreicht haben, setzt die Brennersteuerung das Magnetventil 9 unter Spannung und schließt damit den Bypasskanal über das Druckbegrenzungsventil 10. Der Druck im Ölerhitzer 4 steigt dadurch auf den am Druckbegrenzungsventil 11 eingestellten Druck p₂. Das Einspritzventil 8 öffnet und die Gemischbildung setzt ein.As soon as the oil heater 3 and the injection valve 8 screwed into it have reached a predetermined temperature, the burner control system puts the solenoid valve 9 under voltage and thus closes the bypass channel via the pressure relief valve 10 . The pressure in the oil heater 4 thereby rises to the pressure p ₂ set on the pressure relief valve 11 . The injection valve 8 opens and the mixture formation begins.

Zur Abschaltung des Brenners öffnet die Steuerung das Magnetventil 9. Erneut wird der Bypasskanal über das Druckbegrenzungsventil 10 wirksam. Der Öldruck sinkt auf den Wert p₁ ab und der Ventilstößel 12 schließt das Einspritzventil 8 druckdicht ab. Nach einer gewissen Nachbelüftungszeit wird das Magnetventil 5 geschlossen und die Pumpe 2 abgeschaltet. Um in der anschließenden Abkühlphase die temperaturbedingten Dichteänderungen des Heizöls sowie eventuell auftretende Leckagen auch ohne einen Nachlauf der Pumpe 2 zu kompensieren, ist im Hydrauliksystem ein federbelastetes Ausgleichgefäß 14 vorgesehen.The control opens the solenoid valve 9 to switch off the burner. The bypass channel is activated again via the pressure relief valve 10 . The oil pressure drops to the value p ₁ and the valve tappet 12 closes the injection valve 8 in a pressure-tight manner. After a certain post-ventilation time, the solenoid valve 5 is closed and the pump 2 is switched off. In order to compensate for the temperature-related changes in density of the heating oil and any leaks that may occur in the subsequent cooling phase, even without the pump 2 running on, a spring-loaded compensation vessel 14 is provided in the hydraulic system.

Bei der Förderpumpe 2 sind die Magnetventile 5 und 9 sowie die Druckbegrenzungsventile 10 und 11 im Pumpengehäuse 19 integriert. In der ersten Pumpenstufe ist der Öldruck p₁ auf einen Wert oberhalb des atmosphärischen Druckes, z. B. auf 5 bar eingestellt. Entsprechend der gewünschten Feuerungsleistung ist der Öldruck in der zweiten Pumpenstufe zwischen p₁ und maximalem Pumpendruck p_max, z. B. auf p₂ = 15 bar einstellbar.In the feed pump 2 , the solenoid valves 5 and 9 and the pressure relief valves 10 and 11 are integrated in the pump housing 19 . In the first pump stage the oil pressure p ₁ is above the atmospheric pressure, e.g. B. set to 5 bar. According to the desired firing capacity, the oil pressure in the second pump stage is between p ₁ and the maximum pump pressure p _max , e.g. B. adjustable to p ₂ = 15 bar.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Einspritzventils 8 mit internem Antrieb und entgegen der Strömungsrichtung gerichteter Schließbewegung der Ventilstössel 12, das für den Einsatz in einer Einstranginstallation konzipiert ist. Das Ventil 8 setzt sich aus einem Ventilkörper 15, dem Ventilstössel 12, einer Anschlaghülse 16, einer Druckfeder 17 und einem porösen Filterelement 18 zusammen. Das gesamte Einspritzventil 8 ist direkt in den Ölerhitzer 4 einschraubbar. Die Druckfeder 17 ist zwischen den Ventilkörper 15 und der Anschlaghülse 16 vorgespannt eingebaut. Der Ventilstössel 12 ist in der Führungsbohrung des Ventilkörpers 15 leichtgängig geführt. Ein Pressitz verbindet die federbelastete Anschlaghülse 16 mit dem Ventilstössel 12. Im geschlossenen Zustand drückt die Druckfeder 17 den Dichtkonus des Ventilstössels 12 in die ebenfalls konisch geformte Dichtfläche des Ventilkörpers 15. Die beiden Dichtkegel haben geringfügig unterschiedliche Öffnungswinkel, so daß sich beide Bauteile entlang einer Linie berühren. Die hohe Pressung an dieser Stelle bewirkt eine gute Dichtwirkung. Eine Querbohrung 20 im Ventilkörper 15 verhindert, daß die Spaltweite der Stösselführung die Durchflusscharakteristik beeinflußt. Durchflußbestimmend ist, neben dem Öldruck p₂, der Öffnungsquerschnitt des Einspritzventils 8, der sich aus der geometrischen Form des Ventilsitzes und dem Ventilhub ergibt. Bei freier axialer Beweglichkeit des Ventilstössels sind bei geöffneten Ventil 8 die hydraulische Kraft und die entgegengesetzt gerichte Federkraft im Gleichgewicht. Der sich einstellende Hub hängt von der Vorspannkraft der Druckfeder 17, deren Federate sowie vom Öldruck ab. Um einen Einfluß der Federeigenschaften, die durch Fertigungstoleranzen, Temperatureinfluß und Relaxation variieren, auf die eingespritze Ölmenge zu vermeiden, ist der Ventilhub durch einen mechanischen Anschlag begrenzt. Hierzu ist die Länge der Anschlaghülse 16 so gewählt, daß bei geschlossenem Ventil 8 der Spalt zwischen der Anschlaghülse 16 und Ventilköper 15 dem Ventilhub entspricht. Im Hinblick auf reproduzierbare Einspritzmengen wird das Ventil 8 nur im Bereich des vollen Hubes betrieben. Der unmittelbar ins Freie ausmündende Ventilsitz vermeidet die Bildung von Koksrückständen im Inneren des Einspritzventils 8. Ablagerungen, die sich im Drosselspaltbereich des Ventilsitzes während der Aufheiz- und Abkühlphase bilden, werden beim Heraustreten des Stössels 12 aufgebrochen und mit dem Flüssigkeitsstrom ausgetragen. Fig. 2 shows an embodiment of the injection valve 8 according to the invention with internal drive and against the flow direction directed closing movement of the valve stem 12, which is designed for use in a single-line installation. The valve 8 is composed of a valve body 15 , the valve tappet 12 , a stop sleeve 16 , a compression spring 17 and a porous filter element 18 . The entire injection valve 8 can be screwed directly into the oil heater 4 . The compression spring 17 is installed preloaded between the valve body 15 and the stop sleeve 16 . The valve lifter 12 is guided in the guide bore of the valve body 15 smoothly. A press fit connects the spring-loaded stop sleeve 16 to the valve lifter 12 . In the closed state, the compression spring 17 presses the sealing cone of the valve tappet 12 into the sealing surface of the valve body 15, which is also conically shaped. The two sealing cones have slightly different opening angles, so that both components touch along a line. The high pressure at this point creates a good sealing effect. A transverse bore 20 in the valve body 15 prevents the gap width of the tappet guide from influencing the flow characteristic. In addition to the oil pressure p ₂ , the flow cross-section is determined by the opening cross section of the injection valve 8 , which results from the geometric shape of the valve seat and the valve lift. With free axial movement of the valve tappet, the hydraulic force and the oppositely directed spring force are in equilibrium when the valve 8 is open. The stroke that occurs depends on the preload force of the compression spring 17 , its spring rate and the oil pressure. In order to avoid an influence of the spring properties, which vary due to manufacturing tolerances, temperature influence and relaxation, on the amount of oil injected, the valve lift is limited by a mechanical stop. For this purpose, the length of the stop sleeve 16 is selected so that when the valve 8 is closed, the gap between the stop sleeve 16 and the valve body 15 corresponds to the valve lift. With regard to reproducible injection quantities, the valve 8 is only operated in the area of the full stroke. The valve seat which opens directly into the open avoids the formation of coke residues inside the injection valve 8 . Deposits that form in the throttle gap area of the valve seat during the heating and cooling phase are broken up when the plunger 12 emerges and discharged with the liquid flow.

Der Ventilstössel 12 enthält eine Bohrung 21, in die ein von außen eingeschraubtes Heizelement 3 hineinragt. Der flüssige Brennstoff wird im Ringspalt, der sich zwischen dem Aussendurchmesser des Heizelementes 3 und der als Bohrung 21 ausgebildeten Ausnehmung im Ventilstössel 12 einstellt, erwärmt. Das Heizelement 3 selbst enthält einen PTC-Widerstandsdraht, über den sich die Heizleistung des Heizleiters an den momentanen Leistungsbedarf zur Erwärmung des veränderlichen Brennstoffmassenstroms anpaßt. Eine andere Ausführungsform sieht vor, daß im Heizelement 3 ein Thermoelement integriert ist, und das Heizelement zum Einhalten einer vorgegebenen Temperatur taktend betrieben wird. Der Vorteil dieser Konstruktion besteht darin, daß das Ventil 8 und das Heizelement 3 eine kompakte Einheit bilden, die im Wartungsfall komplett austauschbar ist.The valve lifter 12 contains a bore 21 into which a heating element 3 screwed in from the outside projects. The liquid fuel is heated in the annular gap which is established between the outside diameter of the heating element 3 and the recess in the valve tappet 12 designed as a bore 21 . The heating element 3 itself contains a PTC resistance wire, by means of which the heating power of the heating conductor adapts to the current power requirement for heating the variable fuel mass flow. Another embodiment provides that a thermocouple is integrated in the heating element 3 , and the heating element is operated clocked to maintain a predetermined temperature. The advantage of this construction is that the valve 8 and the heating element 3 form a compact unit that is completely interchangeable in the event of maintenance.

Die Fig. 3 zeigt das Einspritzventil gemäß Fig. 2 in kompletter Ansicht. Der Brennstoff gelangt über eine Bohrung 23 in einen ringförmigen Ölkanal 24 und von dort über eine Bohrung 25 eines Ventilhalters 26 in das Ventilgehäuse 27. Das Filterelement 18 ist in das Ventilgehäuse 27 eingepresst. Der Ventilkörper 15 ist in das Ventilgehäuse 27 eingeschraubt oder eingepresst. Beim Einschrauben des Ventilgehäuses 27 in den Ventilhalter 26 drückt der federbelastete Kontaktstift 28 auf einen Anschlußzapfen 29 des Heizelementes 3. Der Kontaktstift 28 ist über eine Feder 30 mit einem Anschlußnippel 31 zur Spannungsversorgung leitend verbunden. Isolationskörper 32, 33 trennen die unter elektrischer Spannung stehenden Bauteile von den geerdeten Bauteilen des Einspritzsystems. FIG. 3 shows the injection valve according to FIG. 2 in a complete view. The fuel passes through a bore 23 into an annular oil channel 24 and from there through a bore 25 of a valve holder 26 into the valve housing 27 . The filter element 18 is pressed into the valve housing 27 . The valve body 15 is screwed or pressed into the valve housing 27 . When the valve housing 27 is screwed into the valve holder 26 , the spring-loaded contact pin 28 presses on a connecting pin 29 of the heating element 3 . The contact pin 28 is conductively connected via a spring 30 to a connection nipple 31 for the voltage supply. Insulation bodies 32 , 33 separate the components which are under voltage from the grounded components of the injection system.

Claims

1. Injection valve for liquid fuels, in particular for heating oil, with a valve housing ( 27 ), a valve body ( 15 ) arranged in the valve housing ( 27 ), an axially guided valve tappet ( 12 ) in the valve body ( 15 ), which is between a closing and a The open position in the valve body ( 15 ) can be moved axially against the force of a spring acting in the closing direction and lies sealingly against the valve body ( 15 ) in the closed position, and a heating element ( 3 ) for heating the liquid fuel, characterized in that the heating element ( 3 ) is designed as a glow rod that the blind hole-shaped valve tappet ( 12 ) has a recess ( 21 ) filled with liquid fuel and that the glow rod is at least partially arranged within the recess ( 21 ), which creates an annular gap between the glow rod and valve tappet ( 12 ), which the fuel flows through when it heats up.

2. Injection valve according to claim 1, characterized in that the glow rod is arranged with play in the recess ( 21 ) of the valve tappet ( 12 ).

3. Injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the injection valve ( 8 ) and the glow plug form a unit.

4. Injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that a filter element ( 18 ) protecting the guide of the valve tappet ( 12 ) and its sealing seat is arranged within the valve body ( 15 ).

5. Injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the injection valve ( 8 ) is inserted into a valve holder ( 26 ).

6. Injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the valve holder ( 26 ) has electrical and / or hydraulic connection elements.

7. Injection valve according to one of the preceding claims, characterized in that the valve housing ( 27 ) is electrically connected to the valve holder ( 26 ).

8. Injector according to one of the preceding claims, characterized in that contact elements are provided, via the signals from the housing in the Ventilge ( 27 ) and / or in the heating element ( 3 ) integrated temperature sensors, in particular PTC resistors are transferable.